УДК 550.8+629.735


ПРОТОТИП БПЛА
ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ


© 2019 г. И.М. Алёшин1,2, С.Д. Иванов1, В.Н. Корягин1,
Ф.В. Передерин1, К.И. Холодков1


1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

2 Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. акад. Н.П. Лаверова РАН, г. Архангельск, Россия

Автор для переписки: К.И. Холодков, e-mail: keir@ifz.ru


Главное

– рассматриваются проблемы при измерении магнитного поля с использованием беспилотных летательных аппаратов, и способы их устранения

– приведены подробные технические параметры прототипа беспилотного летательного аппарата, пригодного для проведения магнитных исследований

– описан метод проверки концепции измерения магнитного поля с использованием прототипа беспилотного летательного аппарата

– выполнены опытные испытательные полеты, предоставлены некоторые результаты


Аннотация. Беспилотные летательные аппараты становятся существенной частью современных полевых геофизических исследований. Постоянные инновации, расширение функциональности БПЛА, а также снижение их стоимости открывают новые возможности для использования беспилотников в геофизических исследованиях. Сложные условия местности больше не являются непреодолимым препятствием для проведения магнитной съемки. БПЛА позволяют проводить магнитные исследования быстрее, чем с помощью переносных магнитометров, они также используют гораздо меньше ресурсов, чем пилотируемая авиация. Поэтому существует необходимость в БПЛА, оптимизированный для выполнения таких задач. Созданный прототип включает оборудование, необходимое для программирования, эксплуатации аппарата при проведении геофизических исследований и сбора полученных данных. Он был протестирован в различных условиях для определения оптимальных технических параметров БПЛА. В статье приведено подробное техническое описание прототипа, рассмотрены различные этапы проведенного эксперимента и порядок действий по управлению прототипом.


Ключевые слова: БПЛА, аэромагнитометрия, дрон, магнитометр, прототип


Цитируйте эту статью как: Алёшин И.М., Иванов С.Д., Корягин В.Н., Передерин Ф.В., Холодков К.И. Прототип БПЛА для геофизических исследований // Наука и технологические разработки. 2019. Т. 98, № 3. С.20–31. https://doi.org/10.21455/std2019.3-2


Финансирование


Работа выполнена в рамках тем государственного задания ИФЗ РАН, номер государственной регистрации АААА-А19-119110500109-0


Литература


Бабаянц П.С., Блох Ю.И., Зубов Е.И., Лаврова Т.Ю., Трусов А.А. Интерпретация аэрогеофизических данных при поисках месторождений нефти и газа // Разведка и охрана недр. 2006. № 5. С.13–18.

Геоскан – Беспилотные технологии для профессионалов [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.geoscan.aero/

Закон РФ “О государственной тайне” от 21.07.1993 N 5485-1. Редакция от 29.07.2018 г. Москва. 2018.

Лаборатория квантовой магнитометрии. Магнитометр MMPOS-1 [Электронный ресурс] 2007. URL: http://magnetometer.ur.ru/content/view/12/29

Лаборатория квантовой магнитометрии. OEM Магнитометр POS-1 [Электронный ресурс] 2019. URL: http://magnetometer.ur.ru/content/view/15/30/1/1/lang,ru/

Мавричев В.Г., Петрова А.А. Крупномасштабная аэромагнитная съемка осадочных бассейнов // Разведка и охрана недр. 2001. №. 9. С.14–18.

Паршин А.В. Комплекс для беспилотной аэромагниторазведки // Патент RU 172078 U1. Публикация 28.06.2016.

Передерин Ф.В., Алешин И.М., Иванов С.Д., Михайлов П.С., Погорелов В.В., Холодков К.И. Портативный комплекс регистрации сигналов ГНСС: полевые испытания и перспективы использования // Наука и технологические разработки. 2018. Т. 97, № 4. С.28–40. [Тематический выпуск “Технологии исследования гравитационного поля Земли и повышения точности координатного обеспечения геофизических исследований”]. https://doi.org/10.21455/ std2018.4-2

Постановление Правительства РФ от 25 мая 2019 г. № 658 Об утверждении Правил учета беспилотных гражданских воздушных судов с максимальной взлетной массой от 0.25 килограмма до 30 килограммов, ввезенных в Российскую Федерацию или произведенных в Российской Федерации. Москва, 2019.

Постановление Правительства РФ от 28 октября 2016 г. № 1099 О лицензировании геодезической и картографической деятельности. Москва, 2016.

Черкасов С.В., Стерлигов Б.В., Хотченков Е.В., Драненков А.Н., Капштан Д.Я., Кривизюк С.Ю. Беспилотный аэромагнитный комплекс (БАМК) // Патент RU 162771 U1. Публикация: 27.06.2016.

Achtelik M., Doth K.-M., Gurdan D., Stumpf J. Design of a multi rotor MAV with regard to efficiency, dynamics and redundancy // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference 13–16 August 2012, Minneapolis, Minnesota 2012. P.4779.

AKK Technology Inc. AKKFX2-Dominator [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.akktek.com/products/vtx/fx2-dominator.html

Betaflight – Open Source Flight Controller Firmware [Электронный ресурс] 2019. URL: https://github.com/betaflight/betaflight/

Drotek. DP0601 [Электронный ресурс] 2019. URL: https://store.drotek.com/rtk-zed-f9p-gnss

Federal Aviation Administration. US Federal Regulation. Title 14. Chapter I. Subchapter F. Part 107 // Washington, DC 20591. 2016.

Gem Systems. Advanced Magnetormeters. GEM DRONEmag [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.gemsys.ca/uav-magnetometers/

GEM Systems. GEM GSMP Potassium Magnetometer for High Precision and Accuracy [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.gemsys.ca/ultra-high-sensitivity-potassium/

GEM Systems. GEM GSM-19T Affordable and Robust Proton Magnetometer/Gradiometer [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.gemsys.ca/versatile-proton-magnetometer-gradiometer/

GEOMETRICS. G-858 MagMapper Magnetometer [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.geometrics.com/product/g-858/

iNavFlight/inavWiki – Home [Электронный ресурс] 2019. URL: https://github.com/iNavFlight/ inav/wiki

Lantmäteriet. Information om föreskrifterkopplade till ny lag ochförordning om skyddförgeografisk information. Gävle. Sverige 2018.

Macharet D.G., Perez-Imaz H.I.A., Rezeck P.A.F., Potje G.A., Benyosef L.C.C., Wiermann A., Freitas G.M., Garcia L.G.U., Campos M.F.M. Autonomous Aeromagnetic Surveys Using a Fluxgate Magnetometer // Sensors. 2016. V. 16, N 12.

Matek Systems. Flight Controller F405-CTR [Электронный ресурс] 2019. URL: http://www.mateksys.com/?portfolio=f405-ctr

Raspberry Pi Zero [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.raspberrypi.org/products/ raspberry-pi-zero/

Smith P.H. “Cloverleaf” Antenna for FM Broadcasting // Proceedings of the IRE. 1947. V. 35, N 12, P.1556–1563.

TBS Avionics Co Ltd. TBS UNIFY 2G4800MW16CH [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.team-blacksheep.com/products/prod:2g4_unify_800mW

Teunissen P., Montenbruck O. Springer handbook of global navigation satellite systems. Springer, 2017.

Tuck L., Samson C., Laliberté J., Wells M., Bélanger F. Magnetic interference testing method for an electric fixed-wing unmanned aircraft system (UAS) // Journal of Unmanned Vehicle Systems. 2018. V. 6, N 3. P.177–194.

Ublox. RM3100. [Электронный ресурс] 2019. URL: https://drotek.com/rm3100-geomagnetic-sensor-drotek

Ublox. ZED-F9P [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.u-blox.com/sites/default/files/ ZED-F9P_DataSheet_%28UBX-17051259%29.pdf


Сведения об авторах


АЛЕШИН Игорь Михайлович – кандидат физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1; Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. акад. Н.П. Лаверова РАН. 163000, Архангельск, наб. Северной Двины, д. 23. Тел.: +7(499) 254-89-97. E-mail: ima@ifz.ru


ИВАНОВ Станислав Дмитриевич – научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-89-97.


КОРЯГИН Владимир Николаевич – ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел. +7(499) 254-89-97. E-mail: vlad@ifz.ru


ПЕРЕДЕРИН Фёдор Викторович – научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел. +7(499) 254-89-97. E-mail: crash@ifz.ru


ХОЛОДКОВ Кирилл Игоревич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 254-89-97. E-mail: keir@ifz.ru



METADATA IN ENGLISH


About the journal


NAUKA I TEKHNOLOGICHESKIE RAZRABOTKI (SCIENCE AND TECHNOLOGICAL

DEVELOPMENTS), ISSN: 2079-5165, eISSN: 2410-7948, DOI: 10.21455/std; https://elibrary.ru/title_

about.asp?id=32295; http://std.ifz.ru/. The journal was founded in 1992.


UAV PROTOTYPE FOR GEOPHYSICAL MISSIONS


I.M. Aleshin1,2, S.D. Ivanov1, V.N. Koryagin1, F.V. Perederin1, K.I. Kholodkov1


1 Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

2 Federal Center for Integrated Arctic Research of the Russian Academy of Sciences, Arkhangelsk, Russia

Corresponding author: K.I. Kholodkov, e-mail: keir@ifz.ru


Highlights


Abstract. Unmanned aerial vehicles become a substantial part of modern fieldwork. Constant innovations, functionality expansion of UAVs as well as reduction of their costs create new opportunities for drones to be used in geophysical research. Hard terrain conditions are no longer a catch. UAVs allow to carry out magnetic surveys faster than using portable magnetometers that are carried on foot, they also use much less resources than manned aviation. There is a need for UAV, which is designed to perform such tasks. Created prototype includes equipment needed for programming, operating the vehicle for conducting geophysical research and collecting received data. It has been tested under different conditions in order to define optimal technical parameters of the UAV. Detailed technical descriptions of the prototype, different stages of conducted experiment, and operation procedures for controlling the prototype are described in the article.


Keywords: UAV, magnetic surveys, drone, magnetometers, prototype


Cite this article as: Aleshin I.M., Ivanov S.D., Koryagin V.N., Perederin F.V., Kholodkov K.I. UAV prototype for geophysical missions, Nauka i Tekhnologicheskie razrabotki (Science and Technological Developments), 2019, vol. 98, no. 3, pp. 20–31. https://doi.org/10.21455/std2019.3-2


References


Achtelik M., Doth K.-M., Gurdan D., Stumpf J. Design of a multi rotor MAV with regard to efficiency, dynamics and redundancy // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference 13–16 August 2012, Minneapolis, Minnesota 2012. pp.4779.

AKK Technology Inc. AKKFX2-Dominator [Electronic resource] 2019. URL: https://www.akktek.com/products/vtx/fx2-dominator.html

Babayants P.S., Bloch Yu.I., Zubov E.I., Lavrova T.Yu., Trusov A.A. Interpretation of airborne geophysical data when searching for oil and gas fields, Exploration and Protection of Mineral Resources, 2006, no. 5, pp.13–18.

Betaflight – Open Source Flight Controller Firmware [Electronic resource] 2019. URL: https://github.com/betaflight/betaflight/

Cherkasov S.V., Sterligov B.V., Hotchenkov E.V., Dranenkov A.N., Kapshtan D.Ya., Krivizyuk S.Yu. Unmanned aerial magnetic complex (BAMK), Patent RU 162771 U1. Publication: 06/27/2016.

Decree of the Government of the Russian Federation of May 25, 2019 No. 658 On approval of the Rules for the registration of unmanned civil aircraft with a maximum take-off weight of 0.25 kilograms to 30 kilograms imported into the Russian Federation or produced in the Russian Federation. Moscow. 2019.

Decree of the Government of the Russian Federation of October 28, 2016. No. 1099 On licensing of geodetic and cartographic activities. Moscow. 2016.

Drotek. DP0601 [Electronic resource] 2019. URL: https://store.drotek.com/rtk-zed-f9p-gnss

Federal Aviation Administration. US Federal Regulation. Title 14. Chapter I. Subchapter F. Part 107 // Washington, DC 20591. 2016

Gem Systems. Advanced Magnetormeters. GEM DRONEmag [Electronic resource] 2019. URL: https://www.gemsys.ca/uav-magnetometers/

GEM Systems. GEM GSM-19T Affordable and Robust Proton Magnetometer/Gradiometer [Electronic resource] 2019. URL: https://www.gemsys.ca/versatile-proton-magnetometer-gradiometer/

GEM Systems. GEM GSMP Potassium Magnetometer for High Precision and Accuracy [Electronic resource] 2019. URL: https://www.gemsys.ca/ultra-high-sensitivity-potassium/

GEOMETRICS. G-858 MagMapper Magnetometer [Electronic resource] 2019. URL: https://www.geometrics.com/product/g-858/

Geoscan – Unmanned technology for professionals [Electronic resource] 2019. URL: https://www.geoscan.aero/

iNavFlight/inavWiki – Home [Electronic resource] 2019. URL: https://github.com/iNavFlight/ inav/wiki

Laboratory of quantum magnetometry. Magnetometer MMPOS-1 [Electronic resource] 2007. URL: http://magnetometer.ur.ru/content/view/12/29

Laboratory of quantum magnetometry. OEM Magnetometer POS-1 [Electronic resource] 2019. URL: http://magnetometer.ur.ru/content/view/15/30/1/1/lang,ru/

Lantmäteriet. Information om föreskrifterkopplade till ny lag ochförordning om skyddförgeografisk information. Gävle. Sverige 2018.

Macharet, Douglas G., Perez-Imaz, Héctor I.A., Rezeck, Paulo A.F., Potje, Guilherme A., Benyosef, Luiz C.C., Wiermann, André, Freitas, Gustavo M., Garcia, Luis G.U., Campos, Mario F.M. Autonomous Aeromagnetic Surveys Using a Fluxgate Magnetometer, Sensors, 2016, vol. 16, no. 12.

Matek Systems. Flight Controller F405-CTR [Electronic resource] 2019. URL: http://www.mateksys.com/?portfolio=f405-ctr

Mavrichev V.G., Petrova A.A. Large-scale aeromagnetic survey of sedimentary basins, Exploration and Protection of Mineral Resources, 2001, no. 9, pp. 14–18.

Parshin A.V. Complex for unmanned aerial exploration // Patent RU 172078 U1. Publication 06/28/2016.

Perederin F.V., Aleshin I.M., Ivanov S.D., Mikhailov P.S., Pogorelov V.V., Kholodkov K.I. Portable GNSS signal registration system: field trials and application prospects, Nauka i Tekhnologicheskie razrabotki (Science and Technological Developments), 2018, vol. 97, no. 4, pp. 28–40. [Technologies of Studying the Earth Gravitational Field and Improving the Accuracy of Coordinate Support for Geophysical Research]. DOI: 10.21455/std2018.4-2

Raspberry Pi Zero [Электронный ресурс] 2019. URL: https://www.raspberrypi.org/products/ raspberry-pi-zero/

Smith P.H., “Cloverleaf” Antenna for FM Broadcasting, Proceedings of the IRE, 1947, vol. 35, no. 12, pp. 1556–1563.

TBS Avionics Co Ltd. TBS UNIFY 2G4800MW16CH [Electronic resource] 2019. URL: https://www.team-blacksheep.com/products/prod:2g4_unify_800mW

Teunissen P., Montenbruck O. Springer handbook of global navigation satellite systems. Springer, 2017.

The Law of the Russian Federation “On State Secrets” of July 21, 1993. N 5485-1. Revision of July 29, 2018, Moscow. 2018.

Tuck L., Samson C., Laliberté J., Wells M., Bélanger F. Magnetic interference testing method for an electric fixed-wing unmanned aircraft system (UAS), Journal of Unmanned Vehicle Systems, 2018, vol. 6, no. 3, pp. 177–194.

Ublox. RM3100 [Electronic resource] 2019. URL: https://drotek.com/rm3100-geomagnetic-sensor-drotek

Ublox. ZED-F9P [Electronic resource] 2019. URL: https://www.u-blox.com/sites/default/files/ ZED-F9P_DataSheet_%28UBX-17051259%29.pdf


About the authors


ALESHIN Igor Mikhailovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Leading researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1; N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research. 163000, Arkhangelsk, Severnoj Dviny Emb., 23. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: ima@ifz.ru


IVANOV Stanislav Dmitrievich – Candidate of Technical Sciences, researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: f0ma@ifz.ru


KORYAGIN Vladimirr Nikolaevich – Leading researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: crash@ifz.ru


PEREDERIN Fedor Viktorovich – researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: crash@ifz.ru


KHOLODKOV Kirill Igorevich – Candidate of Technical Sciences, Senior researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-89-97. E-mail: keir@ifz.ru